[發明專利]氫供應系統低壓狀態估算器

在審

• 申請號: 202010063823.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111509270A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: J·M·法恩斯沃思;D·弗力克;長谷川茂樹;木全元之
• 申請（專利權）人: 豐田自動車工程及制造北美公司;豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04746;H01M8/04992;B60L58/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王慶華

用于氣體流的控制系統的方法、系統和設備，該控制系統控制通過交通工具的燃料電池組的氣體流。該控制系統包括兩個或更多個部件，所述部件包括燃料電池和一個或多個執行器。該控制系統包括連接至所述兩個或更多個部件的電子控制單元。該控制系統構造成確定初始值和先前時間步長值。控制系統構造成基于初始值和先前時間步長值來確定或估算所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流的總壓力。該控制系統構造成基于所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流的總壓力來控制所述一個或多個執行器。

技術領域

本公開涉及用于供應和/或控制流入交通工具的燃料電池組中的氣體流的系統和方法。

背景技術

諸如電動交通工具(EV)之類的交通工具具有燃料電池和在特定運行參數(例如，溫度、氣體或液體流速或流阻和/或壓力)內運行的其他部件。當在操作參數內運行時，交通工具以峰值效率運行，并且交通工具的部件在硬件限制內運行，以便在產生電能時不會損壞部件和/或不會無效地運行。

傳統上，在交通工具的燃料電池系統內，燃料電池系統具有傳統控制器，該傳統控制器在諸如燃料電池系統的燃料電池組的出口之類的待控制部件附近的單個點處估算氣體或水蒸氣的量、速率或比率或者其他參數(例如，壓力)。燃料電池系統基于待控制部件附近的單個點處的估算值來控制該單個點處的氣體或水蒸氣的量、速率或比率或者其他參數。這些單一計算是特定于部件和參數，沒有考慮燃料電池系統內其他部件的狀態。這可能導致估算值具有很大的可變性和/或不準確性。例如，燃料電池系統可以估算在燃料電池的出口處的氣體量，并且基于所估算的氣體量來控制燃料電池。但是，這沒有考慮滲透到與燃料電池互連的其他部件中的氣體，因此，該估算僅提供特定于部件的粗略估算。此外，由于估算特定于部件，因此如果沒有另外的硬件傳感器，則燃料電池系統將無法確定其他部件內的水或其他氣體的量。

因此，需要一種系統、設備和/或方法來確定或預測在與燃料電池互連的各個部件處的各種參數，例如液態水、水蒸氣、氫氣和/或非氫氣體。

發明內容

概括來說，本說明書中描述的主題的一個方面體現在控制系統中。該控制系統控制通過交通工具的燃料電池組的氣體流?？刂葡到y包括兩個或更多個部件，所述部件包括燃料電池和一個或多個執行器。控制系統包括連接到兩個或更多個部件的電子控制單元?？刂葡到y構造成確定初始值和先前時間步長值。控制系統構造成基于初始值和先前時間步長值來確定或估算在所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流的總壓力?？刂葡到y構造成基于所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流的總壓力來控制所述一個或多個執行器。

這些和其他實施例可以可選地包括以下特征中的一個或多個。該氣體可以是氫氣、水和非氫氣體的組合物，并且初始值和先前時間步長值是流速、壓力、濃度、溫度和液態水量?？刂葡到y可以包括噴射器、氫泵或放氣閥。噴射器可以控制噴射到燃料電池中的氫氣的量或速率。氫泵可以控制再循環到燃料電池中的氫氣的量或速率。放氣閥可以控制從交通工具排出的非氫氣體的量或速率。

電子控制單元可以構造成基于所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流的總壓力來確定或估算所述兩個或更多個部件中的每個部件中的氣體流中的每種成分的局部壓力。電子控制單元可以構造成確定氫氣量與所消耗的氫氣量的比率，并且可以基于該比率來調節氫泵的速度。電子控制單元可以基于氫泵的速度來調節放氣閥的位置以釋放水或非氫氣體中的至少一種。電子控制單元可以構造成調節噴射器、氫泵或放氣閥中的至少一個，以保持氫氣(H₂)摩爾與燃料電池組處所消耗的氫氣摩爾的比率為約(1+α):1，其中在恒定壓力下，0α1.5。電子控制單元可以調節噴射器的位置，以允許進入燃料電池中的氫氣量大于或等于由燃料電池所消耗的氫氣量，以基于燃料電池出口處的恒定壓力和比率生成電能。

電子控制單元可以構造成確定所述兩個或更多個部件的水平衡。電子控制單元可以構造成基于所述水平衡來控制所述一個或多個執行器。